[发明专利]一种宽动态范围自存储低频微震信号采集系统及方法

权利要求书

1.一种宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1采用检波器把机械的微震信号转换成模拟的电信号；

S2采用前级调理电路将S1得到的模拟电信号进行初步的放大和滤波；

S3将S2放大滤波后的信号通过程控增益电路确定信号的幅值范围，调整增益控制放大器的放大倍数，将信号调整到适合的A/D采样范围；

S4利用模数转换电路对信号进行采样，将采样后的信号值进行存储；

S5对S4中采样后的信号进行低频补偿，降低检波器的自然频率，拓宽检波器的带宽，得到高分辨率、宽动态范围的微震信号。

2.根据权利要求1所述的宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于：所述步骤S1中选用自然频率在10Hz左右的传感器，拾取微震信号，实现将微震信号转换为模拟电信号。

3.根据权利要求1所述的宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于，在所述步骤S2中以运算放大器为核心，S1中拾取的微震信号通过放大滤波电路后，滤除不必要的频带信号的干扰，同时减少噪声的影响。

4.根据权利要求1所述的宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于，所述步骤S3中将经过预处理后的信号与已知电压进行比较，确定信号幅度的范围，预处理后的信号分为两路，一路输入程控放大器，一路输入以比较器为核心的程控增益电路中；放大滤波后的信号经过取绝对值后两路信号均由比较器的反向端输入，当输入信号的电压大于同相的基准电压时，输出端将输出低电平，反之则输出高电平。

5.根据权利要求1所述的宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于，在所述步骤S4中，首先选用合适的AD芯片，并以该AD芯片为核心设计模数转换电路，将S3中放大后的模拟信号通过模数转换电路转换为数字信号，之后将数字信号通过微控制器存储到SD卡中，方便后续的信号分析和处理。

6.根据权利要求1所述的宽动态范围自存储低频微震信号采集方法，其特征在于，在所述步骤S5中对采集到的低频信号进行补偿，由于检波器自身的自然频率很难通过改变自身结构来降低，因此需要通过低频补偿来拓宽检波器的带宽，实现对更低频率的信号采集；

检波器的传递函数可以表示为：

可实现的串联补偿网络的传递函数为：

则补偿后的检波器系统的传递函数为：

串联补偿网络的传递函数的确定需要ω₀,η₀以及ω₁,η₁，其中ω₀,η₀分别为补偿前的自然角频率和阻尼比，ω₁,η₁分别为补偿后的自然角频率和阻尼比，对于实际需要使用的传感器，ω₀,η₀参数的确定是优化传感器输出特性的基础；

假定由实验获取一组归一化的传感器幅频特性实验数据为：A₁、A₂、…、A_n，对应的频率为：f₁、f₂、…、f_n，而ω₀,η₀参数和实验数据的关系为：

ω₀＝2πf₀

将进行一定的形式变换，可以得到：

其中n＝1,2,3,…,n。取任意两个n值，组合联立求解即可求得f₀以及η₀。

7.一种宽动态范围自存储低频微震信号采集系统，包括：

信号拾取部分，对微震信号进行采集并转换为模拟电信号；

信号调理部分，对电信号进行初步的放大，滤波，并通过程控增益电路确定对信号的放大倍数；

信号采样部分，对模拟电信号进行模数转换；

信号处理部分，对数字电信号进行低频补偿；

电源部分，电源部分为设备供电；

存储部分，将采集到的原始数据和低频补偿后的数据存储到SD卡中，方便对信号的保存和后续处理。